Lò phản ứng hạt nhân và các phương pháp bảo vệ an toàn cho lò phản ứng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NƠNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ-CƠNG NGHỆ TIỂU LUẬN MƠN HỌC KỸ THUẬT NĂNG LƯỢNG NHIỆT ĐIỆN LÒ PHẢN ỨNG HẠT NHÂN VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP BẢO VỆ AN TỒN CHO LỊ PHẢN ỨNG GVBM: TS NGUYỄN ĐỨC KHUYẾN Lớp: DH21NL Nhóm 12 Tháng 4/2023 STT Họ tên Nguyễn Thành Đạt (C) Nguyễn Huy Hoàng Phan Xuân Hiếu MSSV 21137059 21137077 21137011 MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU TÓM TẮT TIỂU LUẬN CHƯƠNG 1: ĐẶT VẤN ĐỀ CHƯƠNG 2: LÒ PHẢN ỨNG HẠT NHÂN VÀ PHƯƠNG PHÁP AN TOÀN .7 I.Giới thiệu nhà máy điện hạt nhân phản ứng hạt nhân 1.Giới thiệu nhà máy điện hạt nhân 2.Phản ứng hạt nhân 10 II Lò phản ứng hạt nhân .12 1.Phân loại 12 2.Nguyên lý hoạt động 14 Ưu nhược điểm ứng dụng lò phản ứng hạt nhân 18 III Phương pháp đảm bảo an toàn 25 1.Phương pháp đảm bảo an tồn nguy phóng xạ, nhiên liệu xả ra: 25 2.Nguyên lý, thiết bị 33 3.Ứng dụng .35 CHƯƠNG KẾT LUẬN – ĐỀ NGHỊ .38 I Kết luận: 38 II.Đề nghị 38 Tài liệu tham khảo 41 LỜI NÓI ĐẦU Ngày sống thời đại cơng nghiệp hóa, đại hóa Thế giới nói chung Việt Nam nói riêng hịa vào xu hướng chung kinh tế giới Và để có chỗ đứng thương trường quốc tế vấn đề đặt quốc gia phải có cơng nghiệp phát triển mạnh mẽ Có thể nói cơng nghiệp lượng tiêu chí định sống cịn nhân loại Nhà máy điện nhân tố quan trọng cơng nghiệp phát triển Nó cần nguồn nhiên liệu lớn để trì phát nguồn lượng để phát điện (quan trọng nhất) Mà nhiên liệu cần thiết nhà máy điện hoạt động than, dầu mỏ, khí đốt (nhiên liệu hóa thạch) ngày giảm sút trầm trọng Phải cần có nguồn lượng để giải vấn đề số lượng nhiên liệu nhập vào Thì lò phản ứng hạt nhân phương án tối ưu Lò phản ứng hạt nhân phát triển để tạo lượng hiệu hơn, thu khoảng cách nguồn cung cấp nhu cầu sử dụng lượng Việc tận dụng nguồn lượng phần quan trọng việc xây dựng tương lai bền vững cho hành tinh Mặc dù lò phản ứng hạt nhân rủi ro tiềm ẩn, cơng nghệ phát triển triển vọng để giải thuật toán lượng giới Chúng ta cần tiếp tục tìm hiểu nghiên cứu lò phản ứng hạt nhân để khai thác tiềm công nghệ DANH MỤC HÌN Hình 1.1 Phản ứng phân hạch (Nuclear Fission): Nơtron (màu trắng) bắn phá hạt nhân nguyên tử thành hai phần tương đối .10 Hình 1.2: Phản ứng nhiệt hạch (Nuclear Fusion) 10 Hình 1.3: Phân rã phóng xạ (Radioactive Decay): Nguyên tử phóng xạ (Radioactive atom) không bền phát lượng xạ 11 Y Hình 1: Lò phản ứng sử dụng notron làm mát nhanh 13 Hình 2: Tồn q trình phân hạch xảy lõi thép lị phản ứng14 Hình 3: Cấu tạo bên lò phản ứng .14 Hình 4: Cơ cấu tự động có cố 15 Hình 5: Quá trình tạo điện lò nước áp lực .15 Hình 6: Quá trình tạo điện lị nước sơi 16 Hình 7: Lị phản ứng đặt bể chứa sắt không rỉ 16 Hình 8: Chất thải hạt nhân sau trình phân hạch bể chứa chất thải hạt nhân 17 Hình 9: Chất thải hạt nhân sau trình phân hạch bể chứa chất thải hạt nhân 18 Hình 10: Tỷ lệ điện có nguồn gốc hạt nhân sản xuất năm 2014 19 Hình 11: Tàu sân bay chạy lượng hạt nhân Hải quân Mỹ 21 Hình 12: Nhà máy điện hạt nhân Cattenom, nằm vùng Lorraine, nước 22 Hình 13: Xạ hình tồn thân ung thư lưỡi 23 Hình 14: Một lò phản ứng nghiên cứu bang Oregon, Mỹ 23 Hình 15: Tên lửa đạn đạo LGM-30 Minuteman coi trụ cột vũ khí quân hạt nhân Mỹ 24 Hình 1: Nhà máy điện hạt nhân Rivnenskja, Ukraina 25 Hình 2: Kiểm tra an toàn thường xuyên thiết bị 25 Hình 3: Quản lí giám sát 26 Hình 4: Những thùng chứa chất thải hạt nhân 28 Hình 5: Căn hầm trữ chất thải phóng xạ Phần Lan gọi Onkalo 29 Hình 6: Giải pháp chơn sâu lịng đất 29 Hình 7: Các loại đá nhân tạo chứa 31 TÓM TẮT TIỂU LUẬN Qua tiểu luận nhằm mục tiêu hiểu vấn đề lò phản ứng hạt nhân phương pháp bảo vệ an toàn nhà máy điện hạt nhân gây nhức nhối giới suốt nhiều thập kỉ qua Vậy nên qua tiểu luận chúng em muốn tìm hiểu lị phản ứng hạt nhân phương pháp bảo vệ an toàn nhà máy điện hạt nhân Bên cạch tìm hiểu số phương pháp cách khắc phục để bảo vệ an toàn nhà máy điện hạt nhân giúp người, mơi trường đưa giới ngày phát triển, để không xảy vụ thảm họa điện hạt nhân CHƯƠNG 1: ĐẶT VẤN ĐỀ Lò phản ứng hạt nhân phiên công nghiệp vật liệu hạt nhân, nguyên tử phân hủy phát lượng Tuy nhiên, lò phản ứng hạt nhân mang đến mối đe dọa liên quan đến bảo vệ an tồn, chẳng hạn rị rỉ phóng xạ vấn đề quản lý chất thải hạt nhân Ngoài lò phản ứng hạt nhân tồn vấn đề việc giám sát kỹ thuật, đào tạo nhân viên an toàn phát triển kỹ thuật bảo vệ để đảm bảo an toàn cho người và môi trường Các phương pháp bảo vệ an toàn bao gồm giải pháp kỹ thuật (vật liệu thiết bị chịu lực chịu nhiệt, thiết bị phòng cháy chữa cháy, hệ thống xử lý chất thải) phương pháp quản lý người (đào tạo nhân viên an toàn, quản lý rủi ro cung cấp hướng dẫn cho nhân viên) CHƯƠNG 2: LỊ PHẢN ỨNG HẠT NHÂN VÀ PHƯƠNG PHÁP AN TỒN I.Giới thiệu nhà máy điện hạt nhân phản ứng hạt nhân 1.Giới thiệu nhà máy điện hạt nhân a, Khái niệm -Nhà máy điện hạt nhân hay nhà máy điện nguyên tử nơi tạo điện quy mô công nghiệp, sử dụng lượng thu từ phản ứng hạt nhân, tức chuyển tải nhiệt thu từ phản ứng phân hủy hạt nhân thành điện b, Sự đời điện hạt nhân -Vào năm 1950 - 1960, số nước bắt tay vào sản xuất điện hạt nhân, song giai đoạn khởi đầu, công nghệ chưa thương mại hóa Ngày 20 - 12 - 1951, loài người lần sử dụng điện sản xuất lượng hạt nhân lò thử nghiệm EBR-1 Mỹ thắp sáng bốn bóng đèn Tổ máy điện hạt nhân Nga có tên Gra-phít nước nhẹ 5MW (e) Ốp-nhin-xcơ, bắt đầu hoạt động năm 1954 ngừng hoạt động ngày 30-4-2002 Nhà máy điện hạt nhân quy mơ cơng nghiệp giới có tên Can-đơ Hôn Anh bắt đầu vận hành năm 1956 đóng cửa vào tháng - 2003 -Bước sang thập kỷ 70, 80 kỷ XX, nhiều nước đẩy nhanh tốc độ phát triển điện hạt nhân cơng nghệ thương mại hóa cao khủng hoảng dầu mỏ Tỷ trọng điện hạt nhân toàn cầu tăng gần hai lần, từ 9% lên 17% Bước vào thập niên 80 90 kỷ XX, sau cố Chéc-nô-bưn phản đối dân chúng, kết hợp với yếu tố trị cạnh tranh yếu kih tế việc tăng cao yêu cầu an toàn làm cho tốc độ xây dựng điện hạt nhân giảm mạnh, số nước Đức Thụy Điển có chủ trương loại bỏ điện hạt nhân -Từ đầu kỷ XXI tới nay, vấn đề an ninh lượng có ý nghĩa định cơng nghệ điện hạt nhân ngày nâng cao xu hướng phát triển điện hạt nhân có thay đổi tích cực, Mỹ dự tính đến năm 2020 tăng 10.000 MW cho 104 nhà máy điện hạt nhân có Anh có ý định quay trở lại phát triển điện hạt nhân thiếu hụt lượng c, Cấu tạo nhà máy điện hạt nhân -Trung tâm lò phản ứng hạt nhân, nơi xảy phản ứng phân hạch -Máy phát điện chạy nước, nơi nhiệt sinh từ phân hạch hạt nhân dùng để tạo -Tuốc-bin dùng nước làm quay để chạy máy phát điện -Bộ phận ngưng tụ, làm lạnh nước, chuyển trở lại thành pha lỏng -Hồn thiện cơng nghệ nhà máy điện hạt nhân hành Các lị nước nhẹ cơng suất lớn thiết kế nâng cấp thành lò cải tiến với công suất lớn bước áp dụng nguyên lý an toàn thụ động -Nghiên cứu phát triển lị có cơng suất nhỏ trung bình -Phát triển thiết kế kiểu ghép nối mô-đun độc lập theo hướng sử dụng chất tải nhiệt khí nhiệt độ cao dùng nhiệt để quay tuốc-bin, áp dụng triệt để nguyên lý an toàn thụ động -Phát triển loại lò hệ có nhiều ưu điểm vượt trội để đáp ứng mục tiêu: an tồn hơn, kinh tế hơn, chất thải phóng xạ giảm nguy phổ biến vũ khí hạt nhân d, Cơ chế hoạt động nhà máy điện hạt nhân - U-ra-ni nguyên tố phóng xạ tự nhiên có nhiều quặng Chúng khai thác, tuyển chọn, tinh chế làm giàu để tạo thành U-ra-ni 235 chất có khả phân hạch cho lượng tốt tiếp tục chuyển hóa tiếp thành Ơ-xít Ura-ni dạng chất bột màu đen - Chất bột ép nung thành viên dài cm, nặng khoảng gam Các viên xếp vào ống kim loại dài khoảng 4m bịt kín đầu để tạo thành nhiên liệu Mỗi nhà máy điện hạt nhân cần 40.000 nhiên liệu Cứ 264 kết lại thành bó hình vng gọi bó nhiên liệu - Một lị phản ứng hạt nhân 900 MW cần khoảng 157 bó nhiên liệu (chứa khoảng 11 triệu viên) Các bó xếp thành tâm lò phản ứng Các phải nằm lò khoảng 3-4 năm để thực phân hạch cung cấp lượng nhiệt đủ làm sôi lượng nước lớn Nguồn nước bốc từ tạo nguồn lượng làm quay hệ thống tuốc-bin để phát điện e, Thế hệ hệ thống điện hạt nhân - Hiện giới có ba hệ hệ thống điện hạt nhân vận hành, hệ bắt nguồn từ mẫu thiết kế ban đầu phát triển để sử dụng tàu biển từ cuối năm 1940 + Thế hệ I bao gồm nguyên mẫu ban đầu lò phản ứng hạt nhân từ năm 1950 1960, ví dụ Shippingport (1957 - 1982), Dresden-1 (1960 - 1978), Calder Hall-1 (1956 - 2003) Anh + Các hệ thống hệ II bắt đầu vận hành vào năm 1970 bao gồm phần lớn số 400 lò phản ứng vận hành kiểu thương mại kiểu nước áp lực (PWR) kiểu nước sơi (BWR) Các lị phản ứng thường gọi lò phản ứng nước nhẹ (LWR), sử dụng phương pháp an toàn "chủ động" truyền thống bao gồm tác động điện khí thực theo lệnh + Các hệ thống hệ III III+ bắt đầu phát triển năm 1990, dựa kinh nghiệm đội ngũ lò LWR Mỹ, Nhật Bản Tây Âu Những cải tiến đáng kể so với thiết kế hệ thứ II việc đưa vào đặc điểm an tồn "thụ động", khơng địi hỏi điều khiển chủ động can thiệp người vận hành; thay vào đó, thiết kế dựa vào trọng lực đối lưu tự nhiên để giảm nhẹ tác động kiện bất thường Ngoài ra, số nhà khoa học Mỹ cho biết, lò phản ứng hệ IV Mỹ đưa thị trường vào khoảng năm 2030 10